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张晗祺,郭志明,孙宗华,曲文慧,吴了泥.高速无人机自主着陆纵向控制技术研究[J].南京航空航天大学学报,2020,52(6):881-888
高速无人机自主着陆纵向控制技术研究
Vertical Control Technology of Autonomous Landing of High-Speed UAVs
投稿时间:2020-05-13  修订日期:2020-09-28
DOI:10.16356/j.1005-2615.2020.06.006
中文关键词:  无人机  自主着陆  总能量控制系统  指数拉起  高斯伪谱法  自抗扰控制
英文关键词:unmanned aerial vehicle (UAV)  autonomous landing  total energy control system (TECS)  exponential pull-up  Gaussian pseudo-spectral method  active disturbance rejection control (ADRC)
基金项目:
作者单位邮编
张晗祺 厦门大学航空航天学院厦门361102 361102
郭志明 厦门大学航空航天学院厦门361102 361102
孙宗华 厦门大学航空航天学院厦门361102 361102
曲文慧 厦门大学航空航天学院厦门361102 361102
吴了泥 厦门大学航空航天学院厦门361102 361102
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中文摘要:
      为了提高无人机自主着陆的控制精度与安全性,以某型高速无人机为研究对象,在陡下滑段采用总能量控制,跟踪高度和速度同时变化的下滑轨迹;在拉起段接入速度控制,并在指数拉起的基础上,采用高斯伪谱轨迹优化方法设计出油门单调减小的速度轨迹;基于自抗扰控制方法设计升降速度控制律,实现对触地升降速度的精确控制。最后,在MATLAB/Simulink平台下搭建对象模型,对无人机自主着陆闭环控制系统进行仿真,并采用蒙特卡洛法对存在参数不确定性情况下的控制系统鲁棒性能进行验证。仿真结果表明,所提出的轨迹设计方法与控制结构能够满足着陆性能要求,控制系统具有较强的鲁棒性。
英文摘要:
      To improve the control accuracy and safety of autonomous landing of unmanned aerial vehicles (UAVs), we take a high-speed UAV as the research object, and adopt the total energy control system(TECS) in the steep descending section to track the descending trajectory with simultaneous changes of altitude and velocity. The velocity control is added to the pull-up section, and on the basis of the exponential pull-up, Gaussian pseudo-spectral trajectory optimization method is used to design the speed trajectory with monotonically reduced throttle. Meanwhile, the lifting velocity control law is designed based on active disturbance rejection control(ADRC) method to realize the accurate control of touchdown speed. In the end, an object model is built under the MATLAB/Simulink platform to simulate the UAV autonomous landing closed-loop control system, and the Monte Carlo method is used to verify the robust performance of the control system under the condition of uncertain parameters. Simulation results show that the proposed trajectory design method and control structure can meet the requirements of landing performance, and the control system has strong robustness.
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